液化石油氣臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

年4月19日液化石油氣臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)文檔僅供參考專業(yè)設(shè)計(jì)課程任務(wù)書(shū)學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)材料成型及控制工程設(shè)計(jì)題目80m3液化石油氣臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件表序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱液化石油氣臥式儲(chǔ)罐2用途儲(chǔ)存3最高工作壓力1.6MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-19～50℃5公稱容積(Vg)80M36設(shè)計(jì)壓力1.77MPa7裝量系數(shù)(φV)0.98工作介質(zhì)液化石油氣9材質(zhì)Q345R臥式儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):董顯4625、劉玉琨4484二維結(jié)構(gòu)與二維圖紙:倪貝拓4637水壓數(shù)值模擬:李高陽(yáng)4479、張根紅606臥式儲(chǔ)罐焊接設(shè)計(jì)焊接工藝設(shè)計(jì):楊嘉興4495、申永成4486工藝卡及焊接設(shè)計(jì)圖紙:魏?jiǎn)⒌?492工程預(yù)算:宋厚467780m3液化石油氣臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)摘要液化石油氣儲(chǔ)罐是盛裝液化石油氣的常見(jiàn)設(shè)備,由于該氣體具有易燃易爆的特點(diǎn),因此在設(shè)計(jì)這種儲(chǔ)罐時(shí),要注意安全與防火,和在制造、安裝等方面的特點(diǎn)。臥式儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以應(yīng)力分析為主要途徑,以材料力學(xué)為基礎(chǔ),對(duì)容器的各個(gè)主要受壓部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用ANSYS軟件對(duì)進(jìn)行靜力學(xué)應(yīng)力、應(yīng)變模擬分析,得出的應(yīng)力作用下的較為精確詳盡的儲(chǔ)罐響應(yīng)結(jié)果,直觀的再現(xiàn)了儲(chǔ)油罐在應(yīng)力作用下的受力情況和薄弱環(huán)節(jié),從為儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。在焊接過(guò)程中,采用多層多道焊,選擇合理的焊接工藝措施,如控制焊接電流、電弧電壓,選擇材料、破口形式、焊絲焊劑、焊條等,不但能控制結(jié)構(gòu)的焊接變形和應(yīng)力,而且能保證焊縫的組織和性能,有效提高壓力容器的品質(zhì)。另外,除第一層打底焊外,每層都要捶擊消除應(yīng)力,每道焊縫都要清渣,防止夾渣,焊縫要圓滑過(guò)渡,防止應(yīng)力集中。同時(shí),在工程預(yù)算方面,從原材料花費(fèi)、焊接相關(guān)花費(fèi)、人工費(fèi)幾個(gè)方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算。關(guān)鍵詞:臥式儲(chǔ)罐,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模擬分析,焊接工藝,工程預(yù)算80m3LIQUEFIEDOILTANKSTRUCTUREDESIGNABSTRACTLiquefiedpetroleumgasstoragetankisholdingthecommonlyusedequipment,liquefiedpetroleumgas(LPG)duetothecharacteristicsofthegasisflammableandexplosive,sointhedesignofthetank,payattentiontothesafetyandfireprotection,andintheaspectofmanufacture,installation,etc.Horizontaltankstructuredesignisbasedonstressanalysisasthemainway,onthebasisofmechanicsofmaterials,todesignthemaincompressionportionofthecontainer.UsingANSYSsoftwaretothestress,strainsimulationstaticsanalysis,itisconcludedthatthestressundertheactionofresponseresultmoreaccurateanddetailedtank,intuitivereproducetheforceoftheoiltankundertheeffectofstressandtheweaklink,fromthedesignprovidesareliablebasisforstoragetank.Intheweldingprocess,theuseofmulti-layerwelding,multichannelselectingrationalweldingprocessmeasures,Suchascontrolweldingcurrent,arcvoltage,materialselection,crevasseform,fluxweldingwire,weldingwire,etc.,notonlycancontroltheweldingdeformationandstressofstructure,andcanguaranteeorganizationandpropertiesoftheweld,effectivelyimprovethequalityofthepressurevessel.Inaddition,inadditiontothefirstlayerofbackingwelding,eachlayertothumpofeliminatingstressandeverywayweldslagremoval,preventingslag,weldtosmooththetransition,preventstressconcentration.Atthesametime,intheaspectofengineeringbudget,fromrawmaterialscosts,weldingrelatedcostsandlaborstatisticalestimation.KEYWORDS:Horizontaltank,Structuredesign,Simulationanalysis,Weldingprocess,Projectbudg專業(yè)設(shè)計(jì)課程任務(wù)書(shū) 1摘要 2ABSTRACT 3第一章設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 61.1液化石油氣參數(shù)的確定 61.2設(shè)計(jì)溫度 61.3設(shè)計(jì)壓力 61.4設(shè)計(jì)儲(chǔ)量 71.5主要元件材料的選擇 81.5.1筒體材料的選擇 81.5.2鞍座材料的選擇 81.5.3地腳螺栓的材料選擇 8第二章容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 92.1筒體和封頭的設(shè)計(jì) 92.1.1筒體設(shè)計(jì) 92.1.2封頭設(shè)計(jì) 92.3筒體厚度計(jì)算 102.4封頭厚度計(jì)算 10第三章零部件的確定 123.1開(kāi)孔和選取法蘭分析 123.1.1人孔的設(shè)計(jì) 123.1.2接管和法蘭 133.1.3墊片 153.1.4螺栓(螺柱)的選擇 153.1.5液位計(jì)的設(shè)計(jì) 163.2鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 173.2.1鞍座選型 173.2.2鞍座位置的確定 183.3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 193.3.1補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 193.3.2開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 203.3.3有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 203.3.4有效補(bǔ)強(qiáng)面積 21第四章應(yīng)力校核 234.1圓筒軸向彎矩計(jì)算 234.1.1圓筒中間截面上的軸向彎矩 234.1.2支座截面處的彎矩 244.2圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核 254.2.1圓筒中間截面上的軸向應(yīng)力 254.2.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核 254.2.3圓筒軸向應(yīng)力校核 264.3切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核 264.4鞍座應(yīng)力計(jì)算并校核 274.5地震引起的地腳螺栓應(yīng)力 294.5.1傾覆力矩計(jì)算 294.5.2由傾覆力矩引起的地腳螺栓拉應(yīng)力 304.5.3由地震引起的地腳螺栓剪應(yīng)力 30第五章水壓數(shù)值模擬 315.1設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題 315.1.1定義工作文件名 315.1.2定義工作標(biāo)題 315.1.3更改工作文件儲(chǔ)存路徑 315.1.4定義分析類型 315.2實(shí)體建模 315.2.1生成橢圓封頭截面 315.2.2建立橢圓局部坐標(biāo)系 315.2.3生成成容圓柱部分截面 315.2.4生成1/4罐體 325.2.5工作平面旋轉(zhuǎn) 325.2.6激活總體直角坐標(biāo)系,映射幾何體 335.3網(wǎng)格劃分 335.3.1定義單元類型 335.3.2選擇單元體 335.3.3定義材料屬性 335.3.4切分容器罐模型 345.3.5自定義網(wǎng)格 345.4添加位置約束 355.4.1設(shè)計(jì)壓力為1.77MPA的模擬過(guò)程 355.4.2最高工作壓力為1.6MPA的模擬過(guò)程 365.5求解 375.6后處理查看變形圖 375.6.1設(shè)計(jì)壓力為1.77MPA的后處理模擬 375.6.2最高工作壓力為1.6MPA的后處理模擬 415.7結(jié)論 45第六章焊接工藝參數(shù)的選擇 466.1母材焊接性 466.2母材碳當(dāng)量估測(cè) 46第七章焊接方法的選擇 477.1焊接方法的選擇 477.2焊接設(shè)備 477.2.1手弧焊機(jī) 477.2.2埋弧焊機(jī) 48第八章焊接材料選擇 508.1焊接材料選用原則 508.2焊條電弧焊焊接材料 518.3埋弧焊焊接材料選擇 518.3.1焊絲的選擇 518.3.2焊劑的選擇 52第九章焊接工藝參數(shù)的選擇 539.1埋弧焊工藝參數(shù)的選擇 539.1.1焊接電流 539.1.2電弧電壓 539.1.3焊接速度 539.1.4焊絲直徑與伸出長(zhǎng)度 539.1.5其它 539.2焊條電弧焊焊接工藝參數(shù)選擇 549.2.1確定焊條直徑 549.2.2焊接電流的確定 549.2.3焊接電壓的確定 559.2.4焊接速度V的確定 559.2.5層數(shù)的確定 559.2.6焊鉗,焊接電纜的確定 56第十章焊接順序 5710.1焊縫位置及說(shuō)明 5710.2焊接順序 58第十一章焊接工藝 5911.1鐵板彎曲成筒的焊接焊縫 5911.1.1工藝要求 5911.1.2工藝順序 5911.2筒體環(huán)向焊縫 6011.2.1工藝要求 6011.2.2工藝順序 6011.2.3焊接操作 6011.3法蘭與接管焊縫 6111.4筒體與接管焊縫 63第十二章焊材的消耗及造價(jià) 6512.1原材料花費(fèi) 6512.2焊接相關(guān)花費(fèi) 6512.3人工花費(fèi) 6612.4工程預(yù)算表 66第十三章焊接工藝實(shí)施階段 6813.1焊前準(zhǔn)備 6813.2成型 6813.2.1筒體成型(卷板) 6813.2.2封頭 6913.3焊后處理 7013.3.1檢驗(yàn) 7013.3.2技術(shù)要求 7013.3.3焊后熱處理 7113.3.4涂裝 7113.3.5返修 71結(jié)論 72參考文獻(xiàn) 73謝辭 74

第一章設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1.1液化石油氣參數(shù)的確定液化石油氣的主要組成部分由于石油產(chǎn)地的不同,各地石油氣組成成分也不同。取產(chǎn)自新疆克拉瑪依油田的液化石油氣,其具體成分如下:表1.1液化石油氣組成成分組成成分異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷乙炔各成分百分比0.012.2547.323.4821.963.791.190.02對(duì)于設(shè)計(jì)溫度下各成分的飽和蒸氣壓力如表1.2:表1.2各溫度下各組分的飽和蒸氣壓力溫度,℃飽和蒸汽壓力,MPa異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷乙炔-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00111.2設(shè)計(jì)溫度根據(jù)本設(shè)計(jì)工藝要求,使用地點(diǎn)為天津市的室外,用途為液化石油氣儲(chǔ)配站工作溫度為-19~50℃,介質(zhì)為易燃易爆的氣體。從表中我們能夠明顯看出,溫度從50℃降到-25℃時(shí),各種成分的飽和蒸氣壓力下降的很厲害,能夠推斷,在低溫狀態(tài)下,由飽和蒸氣壓力引起的應(yīng)力水平不會(huì)很高。由上述條件選擇危險(xiǎn)溫度為設(shè)計(jì)溫度。為保證正常工作,對(duì)設(shè)計(jì)溫度留一定的富裕量。因此,取最高設(shè)計(jì)溫度t=50℃,最低設(shè)計(jì)溫度t=﹣25℃。根據(jù)儲(chǔ)罐所處環(huán)境,最高溫度為危險(xiǎn)溫度,因此選t=50℃為設(shè)計(jì)溫度。1.3設(shè)計(jì)壓力該儲(chǔ)罐用于液化石油氣儲(chǔ)配供氣站,因此屬于常溫壓力儲(chǔ)存。工作壓力為相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓。因此,不需要設(shè)保溫層。根據(jù)道爾頓分壓定律,我們不難計(jì)算出各種溫度下液化石油氣中各種成分的飽和蒸氣分壓,如表1.3:表1.3各種成分在相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣分壓溫度,℃飽和蒸氣分壓,MPa異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戍烷正戍烷乙烯-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.00063050000.08250.15730.10980.007580.00190有上述分壓可計(jì)算再設(shè)計(jì)溫度t=50℃時(shí),總的高和蒸汽壓力P==0.01%×0+2.25%×7+47.3%×1.744+23.48%×0.67+21.96%×0.5+3.79%×0.2+1.19%×0.16+0.02%×0.0011=1.25901MPa(1.1)因?yàn)?P異丁烷(0.2)<P液化氣(1.25901)<P丙烷(1.744)設(shè)計(jì)壓力為1.77MPa,最高工作壓力為1.6MPa。1.4設(shè)計(jì)儲(chǔ)量參考相關(guān)資料,石油液化氣密度一般為500-600Kg/m3,取石油液化氣的密度為510Kg/m3,盛裝液化石油氣體的壓力容器設(shè)計(jì)儲(chǔ)存量為:表1.4液化石油氣主要成分在50℃的密度Kg/m3溫度℃丙烷異丁烷正丁烷50446520542參考化工原理:(1.2)故設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量為:W=?Vρt=0.9×80×510=36720t(1.3)1.5主要元件材料的選擇1.5.1筒體材料的選擇選用筒體材料為Q345R鞍座地腳螺栓均選用Q345R的材料1.5.2鞍座材料的選擇該臥式容器采用雙鞍座式支座,根據(jù)工作溫度為-19~50℃,按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712.1-選擇鞍座材料為Q345R,使用溫度為-20~250℃,許用應(yīng)力為[σ]sa=185MPa。1.5.3地腳螺栓的材料選擇根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷,選擇合適的螺柱材料。計(jì)算螺栓直徑與個(gè)數(shù),按螺紋和螺栓標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸。選擇螺栓材料為Q345R。

第二章容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1筒體和封頭的設(shè)計(jì)對(duì)于承受內(nèi)壓,且設(shè)計(jì)壓力Pc=1.77MPa<4MPa的壓力容器,根據(jù)<化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)>常見(jiàn)設(shè)備系列,采用臥式橢圓形封頭容器。2.1.1筒體設(shè)計(jì)查GB150-1998為了有效的提高筒體的剛性,一般取L/D=3~6,為方便設(shè)計(jì),此處取L/D=4(2.1)(2.2)由(2.1)(2.2)連解得:D=3000mm2.1.2封頭設(shè)計(jì)查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-<鋼制壓力容器用封頭>中表B.1EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積得:表2.1EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積公稱直徑DN/mm總深度H/mm內(nèi)表面積A/容積/300079010.13293.8170圖2.1橢圓形封頭由2V+L/4=V=80(2.3)得L=11000mm則L/D=3.67>3(2.4)符合要求。則v計(jì)=v筒+2×v封=L/4+2×v封=87.63m3(2.5)根據(jù)介質(zhì)的易燃易爆、有毒、有一定的腐蝕性等特性,存放溫度為-19~50℃,最高工作壓力等條件。根據(jù)GB150-表4.1,選用筒體材料為低合金鋼Q345R(鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB713)選用Q345R為筒體材料,適用于介質(zhì)含有少量硫化物,具有一定腐蝕性,壁厚較大(≥8mm)的壓力容器。Q345R鋼板,根據(jù)GB150,初選厚度為6~20mm,最低沖擊試驗(yàn)溫度為-20℃,熱軋?zhí)幚?[σ]=185Mpa;面焊接;鋼板負(fù)偏差由<化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)>表14.5查得:腐蝕裕量由GB150.1-4-查得:考慮容器運(yùn)輸和安裝過(guò)程中的穩(wěn)定性,殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度:a)對(duì)碳素鋼、低合金鋼制容器,不小于3mm;b)對(duì)高合金鋼制容器,一般應(yīng)不小于2mm。本筒體材料Q345R為碳素鋼,則壁厚附加量C=0.8+3=3.8mm。(2.6)2.3筒體厚度計(jì)算根據(jù)介質(zhì)的易燃易爆、有毒、有一定的腐蝕性等特性,存放溫度為-20~48℃,最高工作壓力等條件。根據(jù)GB150-1998表4.1,選用筒體材料為低合金鋼Q345R,適用于介質(zhì)含有少量硫化物,具有一定腐蝕性,壁厚較大(≥8mm)的壓力容器。根據(jù)GB150,初選厚度為6~25mm,最低沖擊試驗(yàn)溫度為-20℃,熱軋?zhí)幚?。由GB150附錄B中的式(B.1)可知筒體的計(jì)算公式為:(2.7)(2.8)對(duì)Q345R,鋼板負(fù)偏差,可取名義厚度2.4封頭厚度計(jì)算根據(jù)GB150封頭厚度計(jì)算公式(5.1)可知:(2.9)(2.10)對(duì)Q345R,鋼板負(fù)偏差,為便于取材可取封頭名義厚度

第三章零部件的確定3.1開(kāi)孔和選取法蘭分析液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口,出液口,進(jìn)液口,人孔,液位計(jì)口,溫度計(jì)口,壓力表口,安全閥口,排空口等。圖3.1液化石油氣儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)圖3.1.1人孔的設(shè)計(jì)查<壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)>,因筒體長(zhǎng)度11000mm>6000mm,需開(kāi)兩個(gè)人孔,選回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔。由使用地為室外,確定人孔的公稱直徑DN=500mm,以方便工作人員的進(jìn)入檢修。配套法蘭與上面的法蘭類型相同,根據(jù)HG/T21518-回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔,查表3.1,由PN=2.5MPa選用凹凸面的密封形式MFM,采用8.8級(jí)35CrMoA等長(zhǎng)雙頭螺柱連接。其明細(xì)尺寸見(jiàn)表3.1:表3.1人孔尺寸表單位:mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公稱壓力PN/MPa2.566048螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500280A405螺母數(shù)量40123B200螺柱尺寸M33x2x170d506b44L300總質(zhì)量302圖3.2回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔3.1.2接管和法蘭根據(jù)設(shè)計(jì)壓力PN=1.77MPa,查HG/T20592-97<鋼制管法蘭>,選用PN=2.5MPa板式平焊鋼制管法蘭(PL),由介質(zhì)特性和使用工況,查密封面型式的選用。選擇密封面型式為平面,壓力等級(jí)為1.0~4.0MPa,接管法蘭材料選用Q345R。根據(jù)各接管公稱通徑,查得各法蘭的尺寸如下表3.2:圖3.3板式平焊鋼制管法蘭表3.2接管及法蘭尺寸序號(hào)名稱公稱通徑DN鋼管外徑B連接尺寸法蘭厚度C法蘭高度H法蘭頸法內(nèi)蘭徑B1坡口寬度b法蘭理論質(zhì)量Kg法蘭外徑DD螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓通徑a液位計(jì)口3238140100188M161830603952.02b放氣管8089200160188M1624401189164.86c安全閥口8089200160188M164401189164.86d排污口8089200160188M1624401189164.86e液相出口8089200160188M1624401189164.86f液相回流管8089200160188M1624401189164.86g液相進(jìn)口8089200160188M1624401189164.86h氣相管8089200160188M1624401189164.86i壓力表口202510575144M121626452641.03j溫度計(jì)口202510575144M121626452641.033.1.3墊片查HG/T20592-20635-<鋼制管法蘭、墊片、緊固件>,知板式平焊鋼制法蘭的尺寸,根據(jù)設(shè)計(jì)壓力為Pc=1.77MPa,采用金屬包覆墊片,選擇法蘭的密封面均采用平面密封。金屬材料為純鋁板L3,標(biāo)準(zhǔn)為GB/T3880,最高工作溫度200℃,最大硬度40HB。填充材料為非石棉纖維橡膠板,代號(hào)為NAS,最高工作溫度為290℃。得對(duì)應(yīng)墊片尺寸如表3.3:圖3.4平面型墊片表3.3墊片尺寸符號(hào)管口名稱公稱直徑DN(mm)內(nèi)徑D1(mm)外徑D2(mm)厚度δ(mm)a液位計(jì)口3261.5823b放氣管80109.51423c安全閥80109.51423d排污口80109.51423e液相出口80109.51423f液相回流管80109.51423g液相進(jìn)口80109.51423h氣相管口80109.51423i壓力表2045.5613j溫度計(jì)2045.56133.1.4螺栓(螺柱)的選擇根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷,選擇合適的螺柱材料。計(jì)算螺栓直徑與個(gè)數(shù),按螺紋和螺栓標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸。選擇螺栓材料為Q345R。查HG/T20592-20635-200<鋼制管法蘭、墊片、緊固件>得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸,如下表3.4:表3.4螺栓尺寸符號(hào)管口名稱公稱直徑(mm)螺紋螺柱長(zhǎng)(mm)a液位計(jì)口32M1685b放氣管80M16100c安全閥80M16100d排污口80M16100e液相出口80M16100f液相回流管80M16100g液相進(jìn)口80M16100h氣相管口80M16100i壓力表口20M1280j溫度計(jì)20M1280圖3.5雙頭螺柱圖3.6螺母3.1.5液位計(jì)的設(shè)計(jì)根據(jù)容器的工作溫度-19~50℃,設(shè)計(jì)壓力Pc=1.77MPa,介質(zhì)密度,查<化工容器及設(shè)備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)>,玻璃管液面計(jì)適用工作工作壓力小于1.6MPa,并不滿足工作的需求,因此選用價(jià)格稍高的磁性液面計(jì),根據(jù)測(cè)量范圍300~10000mm,工作壓力:(高壓型)<4.0MPa,介質(zhì)溫度:(標(biāo)準(zhǔn)型)-20~150℃,介質(zhì)密度,選擇了L5770T頂裝式的磁性液面計(jì)。根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)和液面計(jì)的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮,選用公稱直徑為φ32的液面計(jì),其接管法蘭也用公稱直徑為φ32的平面法蘭,其尺寸與壓力表連接法蘭一致。圖3.7磁性液面計(jì)3.2鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍座式支座,根據(jù)工作溫度為-19~50℃按JB/T4731-表5.1選擇鞍座材料為Q345R,許用應(yīng)力為[σ]sa=185MPa。估算鞍座的負(fù)荷:計(jì)算儲(chǔ)罐總重量m=m1+2m2+m3+m4。其中:m1為筒體質(zhì)量:對(duì)于Q345R普通碳素鋼,取ρ=7.85×103kg/m3∴m1=πDLδ×ρ=π×3×11×20×103×7.85×103=16268.34kg(3.1)m2為單個(gè)封頭的質(zhì)量:查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-<鋼制壓力容器用封頭>中標(biāo)B.2EHA橢圓形封頭質(zhì)量,可知m2=πDLδ×ρ=1564.1kg(3.2)m3為充液質(zhì)量:ρ液化石油氣<ρ水故m3(max)=ρ水×V=1000×V=1000×80=80000kg(3.3)m4為附件質(zhì)量:選取人孔后,查得人孔質(zhì)量為331kg,其它接管質(zhì)量總和估為400kg。綜上述:總質(zhì)量m=m1+2m2+m3+m4=16268.34+2×1564.1+80000+331×2+400=100458.54kg。(3.4)∴每個(gè)鞍座承受的重量為G/2=mg/2=(100458.54×9.8)/2=492.25kN。(3.5)由此查JB4712.1-容器支座。選取輕型,焊制A,包角為120°,有墊板的鞍座.,筋板數(shù)為6。查JB4712.1-表得鞍座尺寸如表3.6,示意圖如下圖3.7:表3.6鞍座支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN3000腹板δ210墊板b4660允許載荷Q/kN785筋板l3340δ412鞍座高度h250b2316e120底板l12180b3410螺栓間距l(xiāng)21940b1360δ310螺孔/孔長(zhǎng)D/l28/60δ116弧長(zhǎng)3490重量kg462圖3.8鞍座3.2.2鞍座位置的確定因?yàn)楫?dāng)外伸長(zhǎng)度A=0.207L時(shí),雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等,從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度,考慮到支座截面處除彎矩以外的其它載荷,面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜,故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩,一般取尺寸A不超過(guò)0.2L值,為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731<鋼制臥式容器>規(guī)定A≤0.2L=0.2(L+2h),A最大不超過(guò)0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(3.6)有h=H-Di/4=790-3000/4=40mm(3.7)故A≤0.2(L+2h)=0.2(11000+2×40)=2216mm(3.8)由于接管比較多,因此固定支座位于儲(chǔ)罐接管較多的左端。另外,由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度,故封頭對(duì)于圓筒的抗彎剛度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭,則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此,JB4731還規(guī)定當(dāng)滿足A≤0.2L時(shí),最好使A≤0.5Rm(Rm=Ri+δn/2),即Rm=1500+20/2=1510mm。(3.9)A≤0.5Rm=0.5×1510=755mm,取A=755mm。(3.10)綜上述:A=755mm圖3.9鞍式支座臥式容器3.3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng):3.3.1補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別強(qiáng)判別根據(jù)<化工設(shè)備設(shè)計(jì)>表知,允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為,按HG/T21518-,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔,開(kāi)孔外徑等于530mm,需另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。2.補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別設(shè):厚度附加量c=3mm開(kāi)孔直徑d=di+2c=500+2×3=506mm(3.11),(3.12)滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的使用條件,故可采用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。3.3.2開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積1.筒體計(jì)算厚度(3.13)接管和筒體材料選用Q345R號(hào)鋼,接管厚度δnt=12mm,許用應(yīng)力[δ]t=185MPa,筒體厚度δn=20mm,許用應(yīng)力[δ]t=185MPa,故強(qiáng)度削弱系數(shù):(3.14)故取強(qiáng)度削弱系數(shù)。根據(jù)GB150-中,=506×14.42=7296.52mm2(3.15)3.3.3有效補(bǔ)強(qiáng)范圍1.有效寬度B的確定按GB150中有:B1=2d=2×506=1012mm(3.16)B2=d+2δn+2δnt=506+2×20+2×12=570mm(3.17)B=max(B1,B2)=1012mm(3.18)2.有效高度的確定(1)外側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150中式8.8,得:(3.19)(3.20)h1=max(h1’,h1”)=280mm(3.21)(2)內(nèi)側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150-中式8.9,得:(3.22)h2"=0(3.23)(3.24)3.3.4有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8.10~式8.13,分別計(jì)算如下:Ae=A1+A2+A3(3.25)1.筒體多余面積

(3.26)2.管的多余面積接管計(jì)算厚度:(3.27)(3.28)3.焊縫金屬截面積焊角取6.0mm(3.29)4.有效補(bǔ)強(qiáng)面積2因?yàn)?因此開(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)。(3.30)補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì):根據(jù)JB/T4736-取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D’=840mm。因?yàn)锽>D’,因此在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d’=530+10=540mm(3.31)補(bǔ)強(qiáng)圈厚度:(3.32)圓整取名義厚度為16mm。根據(jù)GB-150,JB/T4736-,補(bǔ)強(qiáng)圈焊接形式——D型,如圖3.9,尺寸如表3.7:D1=d0+(6～12)(3.33)圖3.10補(bǔ)強(qiáng)圈焊接形式表3.7補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)接管公稱直徑DN/mm外徑D2/mm內(nèi)徑D1/mm厚度()/mm重量/Kg5008405401641.5圖3.11開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

第四章應(yīng)力校核4.1圓筒軸向彎矩計(jì)算4.1.1圓筒中間截面上的軸向彎矩圓筒的平均半徑Ra=Di/2+δn/2=1510mm,座反力F=497kN根據(jù)JB/T4731-式(7.2)得:=(4.1)化簡(jiǎn)得:M1=F(C1L-A)(4.2)其中C1=(4.3)Mi=F(C1L-A)=884.7kN·m(4.4)其中,剪力彎矩圖如下圖4.1所示(圓筒軸向最大彎矩位于圓筒中間截面或鞍座平面上):圖4.1容器載荷、支座反力、剪力及彎矩圖4.1.2支座截面處的彎矩根據(jù)JB/T4731-式(7.3)得:M2==(4.5)式中:C2=2(4.6)C3=0.05(4.7)M2==-217.72kN·m(4.8)4.2圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核4.2.1圓筒中間截面上的軸向應(yīng)力根據(jù)JBT4731-中的式(7.4)和(7.5)分別計(jì)算截面最高點(diǎn)和最低點(diǎn)應(yīng)力:計(jì)算截面最高點(diǎn)(壓應(yīng)力)σ1===56.49MPa(4.9)計(jì)算截面最低點(diǎn)(拉應(yīng)力)σ2==76.26MPa(4.10)4.2.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核鞍座平面上,由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力,根據(jù)JBT4731-中的式(7.6)和(7.7),按下式計(jì)算:1.當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈或被封頭加強(qiáng)(即)時(shí),軸向應(yīng)力位于橫截面最高點(diǎn)處.取鞍座包角,查JBT4731-表7.1得,.則:鞍座橫截面最高點(diǎn)軸向應(yīng)力(拉應(yīng)力)σ3===68.62MPa(4.11)2.在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力鞍座很截面最低點(diǎn)處軸向應(yīng)力(壓應(yīng)力)σ4===64.13MPa(4.12)圖4.2支座處圓筒軸向應(yīng)力位置4.2.3圓筒軸向應(yīng)力校核根據(jù)JBT4731-中的式(4.3)可知:A==1.25×10-3(4.13)根據(jù)JBT4731-中的式(4.4)和查<過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)>得,則B=EA=×2×105×1.25×10-3=166.67Mpa(4.14)壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)[σ]tcr=min([σ]t,B)=min(0.8×166.67)=133.33MPa(4.15)在操作工況條件下,軸向拉應(yīng)力不得超過(guò)材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力φ[σ]t,壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)軸向許用臨界應(yīng)力[σ]cr和材料的[σ]t。φ[σ]t=0.9×185=166.5MPa(4.16)[σ]cr=B=133.33MPa(4.17)在水壓試驗(yàn)條件下,軸向拉應(yīng)力不得超過(guò)0.9φRel=0.9×0.9×185=149.85MPa(4.18)壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)min{0.8Rel,B}=min{0.8×185,166.67}=149.85MPa(4.19)σ1,σ2＜[σ]t=166.67MPa合格(4.20)壓應(yīng)力:|σ1|,|σ4|<[σ]tcr=133.33MPa合格(4.21)

σT<[σ]cr=133.33MPa合格(4.22)4.3切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核因A≤0.5Rm,帶來(lái)的加強(qiáng)作用,根據(jù)包角θ=120°查JB/T4731-中表7.2得K3=0.88,K4=0.401,其最大剪應(yīng)力位于2Δ=2(θ/2+β/20)的支座角點(diǎn)處。根據(jù)JB/T4731-中式(7.9)得τ=K3=0.88×=14.58MPa(4.23)圓筒的切應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力的0.8倍。即τ≤0.8[σ]t=0.8×185=148MPa合格(4.24)根據(jù)JB/T4731-中式(7.10)得圓筒被封頭加強(qiáng)()時(shí),其最大剪應(yīng)力τh=K4=0.401×=6.64MPa(4.25)根據(jù)JB/T4731-中式(7.12),由內(nèi)壓引起的拉伸應(yīng)力(K=1.0)σh===132.75MPa(4.26)τh+σh=6.64+132.75=139.39MP＜1.25[σ]t=231.25MPa合格(4.27)4.4鞍座應(yīng)力計(jì)算并校核1.水平應(yīng)力由包角θ=120°,查JB/T4731-表7.5可知,K9=0.204根據(jù)JB/T4731-中式(7.25)得水平分力Fs=K9F=0.204×497=101.39kN(4.28)2.腹板水平拉應(yīng)力計(jì)算高度Hs=min(H,Ra/3)=min(250,)=250mm(4.29)鞍座腹板厚度b0=10mm鞍座實(shí)際寬度b4=430mm,鞍座墊片有效寬度b2=b+1.56=631mm,鞍座有效斷面平均應(yīng)力,對(duì)于無(wú)墊板或者墊板不起加強(qiáng)作用的情況。根據(jù)JB/T4731-中式(7.26)得σ9===64.056MPa(4.30)3.應(yīng)力校核對(duì)于Q345R鞍座材料的許用應(yīng)力[σ]sa=185MPaσ9=64.056<[σ]sa=123.3MPa合格(4.31)4.板組合截面應(yīng)力計(jì)算及校核圓筒中心線至基礎(chǔ)表面距離:(4.32)根據(jù)JB/T4731-中表7.6,地震強(qiáng)度為7度(0.1g)時(shí),水平地震影響系數(shù)則軸向力(4.33)鋼底板對(duì)水泥基礎(chǔ)的靜摩擦系數(shù)則(4.34)筋板面積:A1=b2+δ3=316+10=326mm(4.35)腹板面積:(4.36)(4.37)(4.38)(4.39)則:(4.40)(4.41)(4.42)(4.43)(4.44)腹板與筋板組合截面斷面系數(shù):(4.41)(4.42)(4.43)(4.44)(4.45)(4.46)(4.47)(4.48)合格(4.49)(4.50)合格4.5地震引起的地腳螺栓應(yīng)力4.5.1傾覆力矩計(jì)算(4.51)4.5.2由傾覆力矩引起的地腳螺栓拉應(yīng)力根據(jù)下面方程計(jì)算(4.52)其中n為承受傾覆力矩的地腳螺栓個(gè)數(shù),;為筒體軸線兩側(cè)的螺栓間距;為每個(gè)地腳螺栓的橫截面面積,;則(4.53)取載荷系數(shù),,則(4.54)由于,因此強(qiáng)度符合要求。4.5.3由地震引起的地腳螺栓剪應(yīng)力根據(jù)JB/T4731-第2節(jié)中式7-35計(jì)算(4.55)其中為承受剪應(yīng)力的地腳螺栓個(gè)數(shù),;(4.56)則(4.57)(4.58)由于故符合強(qiáng)度要求。

第五章水壓數(shù)值模擬5.1設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題5.1.1定義工作文件名執(zhí)行File-ChangJobname,定義文件名為tank。5.1.2定義工作標(biāo)題執(zhí)行File-ChangeTitle,定義標(biāo)題為TheTankModel。5.1.3更改工作文件儲(chǔ)存路徑執(zhí)行File-ChangDirector。5.1.4定義分析類型執(zhí)行MainMenu-Preferences。5.2實(shí)體建模5.2.1生成橢圓封頭截面生成4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):執(zhí)行MainMenu-Preferences-Modeling-Create-Keypoint上-InActiveCS命令,輸入4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)。將工作平面移動(dòng)4.5個(gè)單位距離,執(zhí)行UnitityMenu-Workplain-OffsetWPbyIncrements命令。5.2.2建立橢圓局部坐標(biāo)系創(chuàng)立橢圓線,拾取關(guān)鍵點(diǎn)連線,生成橢圓封頭截面。5.2.3生成成容圓柱部分截面執(zhí)行MainMenu-Preferences-Modeling-Create-Rectangle-ByDimensions命令.合并兩個(gè)界面上的重合關(guān)鍵點(diǎn)。5.2.4生成1/4罐體執(zhí)行MainMenu-Preferences-Modeling-Operate-Extrude-Areas-AboutAxis命令,拾取關(guān)鍵點(diǎn),旋轉(zhuǎn)180度。生成結(jié)果如圖5.1。圖5.15.2.5工作平面旋轉(zhuǎn)將工作平面旋轉(zhuǎn)90度,工作平面與直角坐標(biāo)系重合,創(chuàng)立空心圓柱體,執(zhí)行所有幾何體互分運(yùn)算,打開(kāi)體編號(hào),刪除多余的體,生成結(jié)果如圖5.2。圖5.25.2.6激活總體直角坐標(biāo)系,映射幾何體執(zhí)行MainMenu-Preferences-Modeling-Reflect-Volumes命令,拾取幾何體,分別沿X-Zplane、X-Yplane旋轉(zhuǎn),合并幾何體邊界上的重合關(guān)鍵點(diǎn),生成結(jié)果如圖5.3。圖5.35.3網(wǎng)格劃分5.3.1定義單元類型5.3.2選擇單元體執(zhí)行MainMenu-Preprocessor-ElementType-Add彈出ElementType對(duì)框,選擇brick8node185單元體。5.3.3定義材料屬性執(zhí)行Mainmenu-Preprocessor-MaterialProps-Materialmodels,在Definematerialmodelbehavior對(duì)話框中,雙擊Structual-Linear-Elastic-Isotropic。依次單擊Structural-Linear-Elastic-Isotropic,展開(kāi)材料屬性的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。打開(kāi)材料的彈性模量EX和泊松比PRXY的定義對(duì)話框,在對(duì)話框的EX文本框中輸入彈性模量2.06e11,在PRXY文本框中輸入泊松比0.3。5.3.4切分容器罐模型MainMenu-Preferences-Modeling-Operate-Booleans-Divide-VolubyWorkPlabe命令,出現(xiàn)拾取框,單擊PickAll按鈕,完成切分,生成結(jié)果如圖5.4。圖5.45.3.5自定義網(wǎng)格執(zhí)行MainMenu-Preprocessor-meshing-MeshTool命令,打開(kāi)MeshTool(網(wǎng)格工件)自定義網(wǎng)格形式,單擊Global域Set按鈕,打開(kāi)選擇對(duì)話框,在GlobalElementSizes對(duì)話框中輸入0.1,單擊OK按鈕,回到工具欄,在Mesh工具欄中選擇Sweep選項(xiàng),彈出VolumeSweeping拾取框,在對(duì)話框中選擇PickAll,ANSYS網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖5.5。圖5.55.4添加位置約束本次模擬將針對(duì)壓力容器罐在設(shè)計(jì)壓力1.77MPA和最高工作壓力1.6MPA兩種載荷情況下進(jìn)行分析。5.4.1設(shè)計(jì)壓力為1.77MPA的模擬過(guò)程1.設(shè)定分析類型設(shè)定分析類型為系統(tǒng)默認(rèn)的穩(wěn)態(tài)分析。2.創(chuàng)立群組把容器罐內(nèi)壁表面創(chuàng)立為一個(gè)群組。3.施加約束條件執(zhí)行Mainmenu-Solution-DefineLoad-apply-structural-Displacement-onLines出現(xiàn)選擇對(duì)話框,選擇最下端的容器內(nèi)部的四條線線,單擊OK按鈕出現(xiàn)ApplyU,ROTonLines對(duì)話框,在Lab2的選擇欄中選擇AllDOF按鈕,即約束三個(gè)方向上的自由度,單擊OK按鈕。4.施加載荷執(zhí)行Mainmenu-Solution-DefineLoad-apply-structural-Pressure-OnAreas命令,彈出對(duì)話框,在VALUE對(duì)話框中輸入1.77E6,單擊OK按鈕。施加完成,載荷與約束后如圖5.6。圖5.65.4.2最高工作壓力為1.6MPA的模擬過(guò)程1.設(shè)定分析類型設(shè)定分析類型為系統(tǒng)默認(rèn)的穩(wěn)態(tài)分析。2.創(chuàng)立群組把容器罐內(nèi)壁表面創(chuàng)立為一個(gè)群組。3.施加約束條件執(zhí)行Mainmenu-Solution-DefineLoad-apply-structural-Displacement-onLines出現(xiàn)選擇對(duì)話框,選擇最下端的容器內(nèi)部的四條線線,單擊OK按鈕出現(xiàn)ApplyU,ROTonLines對(duì)話框,在Lab2的選擇欄中選擇AllDOF按鈕,即約束三個(gè)方向上的自由度,單擊OK按鈕。4.施加載荷執(zhí)行Mainmenu-Solution-DefineLoad-apply-structural-Pressure-OnAreas命令,彈出對(duì)話框,在VALUE對(duì)話框中輸入1.77E6,單擊OK按鈕。施加完成,載荷與約束后如圖5.7。圖5.75.5求解執(zhí)行Mainmenu-Solution-Solve-CurrentLS,求解。5.6后處理查看變形圖5.6.1設(shè)計(jì)壓力為1.77MPA的后處理模擬1.查看容器罐變形情況執(zhí)行MainMenu-General-Postproc-PlotResults-DeformedShape對(duì)話框,選擇Def+undefedge,單擊OK,即輸出變形圖如圖5.8。圖5.8根據(jù)變形圖能夠得到最大位移DMX=0.0000162m從變形圖能夠看出,儲(chǔ)油罐發(fā)生橫向收縮,結(jié)果與預(yù)期的估計(jì)相一致,儲(chǔ)油罐能夠安全使用。2.查看容器罐位移云圖執(zhí)行MainMenu-General-Postproc-PlotResults-ContourPlot-NodaSolu命令,彈出選擇框,依次選擇NodaSolution-DOFsolution-Displacementvectorsum,單擊OK按鈕,位移云圖如圖5.9。圖5.93.查看Mises應(yīng)力執(zhí)行MainMenu:GeneralPostproc-PlotResults-ContourPlot-Nodal命令對(duì)話框,打開(kāi)對(duì)話框依次選擇NodaSolution-Stress-vonMisesstress,然后單擊OK按鈕,生成結(jié)果如圖5.10。圖5.10根據(jù)應(yīng)力圖能夠得到最大應(yīng)力SMX=0.141×108pa=14.1Mpa最小應(yīng)力SMN=1260.84pa=0.00126084Mpa最大變形DMX=0.0000162m從應(yīng)力云圖能夠看出,在儲(chǔ)油罐接管處,由于存在結(jié)構(gòu)不連續(xù),發(fā)生微小應(yīng)力集中現(xiàn)象,結(jié)果與預(yù)期的估計(jì)相一致,儲(chǔ)油罐能夠安全使用。4.等比例顯示執(zhí)行UnitityMenu-PlotCctrs-Style-DisplacementScaling命令,彈出對(duì)話框,在框中選擇項(xiàng)中選擇1.0(truescale),然后單擊OK按鈕,生成的結(jié)果即正式的變形圖如圖5.11。圖5.115.查看三維立體圖從應(yīng)用菜單中選擇UtilityMenu:PlotCtrls>Style>SymmetricExpansion>2DAxi–Symmetric命令,打開(kāi)2DAxi-Symmetric對(duì)話框,分別選擇Allexpansion和Noexpansion,單擊OK按鈕,生成結(jié)果如圖5.12、圖5.13。圖5.12圖5.135.6.2最高工作壓力為1.6MPA的后處理模擬1.查看容器罐變形情況執(zhí)行MainMenu-General-Postproc-PlotResults-DeformedShape對(duì)話框,選擇Def+undefedge,單擊OK,即輸出變形圖如圖5.14。圖5.14根據(jù)變形圖能夠得到最大位移DMX=0.0000147m從變形圖能夠看出,儲(chǔ)油罐發(fā)生橫向收縮,結(jié)果與預(yù)期的估計(jì)相一致,儲(chǔ)油罐能夠安全使用。2.查看容器罐位移云圖執(zhí)行MainMenu-General-Postproc-PlotResults-ContourPlot-NodaSolu命令,彈出選擇框,依次選擇NodaSolution-DOFsolution-Displacementvectorsum,單擊OK按鈕,位移云圖如圖5.15。圖5.153.查看Mises應(yīng)力執(zhí)行MainMenu:GeneralPostproc-PlotResults-ContourPlot-Nodal命令對(duì)話框,打開(kāi)對(duì)話框依次選擇NodaSolution-Stress-vonMisesstress,然后單擊OK按鈕,生成結(jié)果如圖5.16。圖5.16根據(jù)應(yīng)力圖能夠得到最大應(yīng)力SMX=0.127×108pa=12.7Mpa最小應(yīng)力SMN=1139.69pa=0.00113969Mpa最大變形DMX=0.0000147m從應(yīng)力云圖能夠看出,在儲(chǔ)油罐接管處,由于存在結(jié)構(gòu)不連續(xù),發(fā)生微小應(yīng)力集中現(xiàn)象,結(jié)果與預(yù)期的估計(jì)相一致,儲(chǔ)油罐能夠安全使用。4.等比例顯示執(zhí)行UnitityMenu-PlotCctrs-Style-DisplacementScaling命令,彈出對(duì)話框,在框中選擇項(xiàng)中選擇1.0(truescale),然后單擊OK按鈕,生成的結(jié)果即正式的變形圖如圖5.17。圖5.175.查看三維立體圖從應(yīng)用菜單中選擇UtilityMenu:PlotCtrls>Style>SymmetricExpansion>2DAxi–Symmetric命令,打開(kāi)2DAxi-Symmetric對(duì)話框,分別選擇Allexpansion和Noexpansion,單擊OK按鈕,生成結(jié)果如圖5.18、圖5.19。圖5.18圖5.195.7結(jié)論經(jīng)過(guò)有限元對(duì)儲(chǔ)油罐進(jìn)行了三維靜力學(xué)分析,理論計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果基本一致,符合儲(chǔ)油罐的設(shè)計(jì)滿足安全要求。根據(jù)位移圖分析可得,最大位移為0.0162mm。根據(jù)應(yīng)力圖分析可得,壓力容器罐在設(shè)計(jì)壓力1.77MPA和最高工作壓力1.6MPA兩種載荷情況下最大應(yīng)力為14.1MPA和12.7MPA,壓力容器滿足強(qiáng)度,儲(chǔ)油罐能夠安全使用。

第六章焊接工藝參數(shù)的選擇6.1母材焊接性根據(jù)9月1日實(shí)施的<GB713-鍋爐和壓力容器用鋼板>Q345R是普通低合金鋼,是鍋爐壓力容器常見(jiàn)鋼材。交貨狀態(tài)分:熱軋或正火,屬低合金鋼,其塑性、焊接性及加工工藝性能良好,且質(zhì)量穩(wěn)定,可用于-40℃以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。性能與16Mn的(16mm鋼板的屈服強(qiáng)度大于345Mpa)性能相近,抗拉強(qiáng)度為(510-640)之間,伸長(zhǎng)率大于21%,零度V型沖擊功大于34J。Q345R工藝參考標(biāo)準(zhǔn)GB713-。作為屈服強(qiáng)度為340MPa級(jí)的壓力容器專用板,它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。磷、硫含量略低于低合金高強(qiáng)度鋼板16Mn鋼,除抗拉強(qiáng)度、延伸率要求比16Mn鋼有所提高外,還要求保證沖擊韌性。由于加入了少量合金元素,Q345R鋼的冷裂紋傾向較大,因此在較低溫度下或剛性大、壁厚結(jié)構(gòu)的焊接時(shí),需要考慮采取預(yù)熱措施,預(yù)防冷裂紋的產(chǎn)生。另外,由于加入的合金元素能細(xì)化晶粒,大大提高了鋼的韌性,鋼的綜合機(jī)械性能得到較大提高。當(dāng)前,它是中國(guó)用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。6.2母材碳當(dāng)量估測(cè)碳當(dāng)量=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%式中:C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu為鋼中該元素含量。隨著碳當(dāng)量的增加,鋼材的焊接性會(huì)變差,一般當(dāng)碳當(dāng)量小于0.4%時(shí),不需要預(yù)熱(板厚太大時(shí)也得預(yù)熱)。當(dāng)碳當(dāng)量值大于0.4%—0.6%時(shí),冷裂紋的敏感性將增大,焊接時(shí)需要采取預(yù)熱。Q345R是C<0.2%的一種低合金鋼,查表得出化學(xué)成分表6.1Q345R化學(xué)成分元素CMnSiPSAlVNb含量0.21.0-1.60.550.0350.0350.0150.02-0.150.015-0.06即:Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5計(jì)算Ceq=0.49%,大于0.45%,可見(jiàn)Q345R鋼焊接性能不是很好,需要在焊接時(shí)制定嚴(yán)格的工藝措施。

第七章焊接方法的選擇7.1焊接方法的選擇手工電弧焊的優(yōu)點(diǎn):焊接設(shè)備價(jià)格低,簡(jiǎn)單;焊條品種齊全,能夠焊接多種不同的金屬,包括最常見(jiàn)的金屬和合金;在狹窄空問(wèn)焊接的場(chǎng)合,采用手工電弧焊比較方便、實(shí)用;對(duì)于同樣的焊接設(shè)備,采用不同的電流設(shè)置,獲得滿足使用要求的焊縫;適合各種位置的焊接;與氣體保護(hù)焊相比,不易受到風(fēng)的影響;對(duì)焊接金屬的最大厚度沒(méi)有限制;在大多數(shù)天氣情況下都能夠進(jìn)行焊接。手工電弧焊的缺點(diǎn):不適合焊接厚度小于1.5mm的薄板;負(fù)載率和總的熔敷效率一般比送絲焊接方法低,當(dāng)焊條消耗完畢或需要更換焊條時(shí),焊接過(guò)程也暫時(shí)中斷;并非整根焊條都能夠充分利用,焊鉗中被夾持的部分必須丟棄,一般要浪費(fèi)25～50mm長(zhǎng)度的焊條;頻繁地更換焊條也增加了焊接缺陷的產(chǎn)生。埋弧自動(dòng)焊的優(yōu)點(diǎn)是:生產(chǎn)效率高。埋弧自動(dòng)焊的生產(chǎn)率可比手工焊提高5～10倍。因?yàn)槁窕∽詣?dòng)焊時(shí)焊絲上無(wú)藥皮,焊絲可很長(zhǎng),并能連續(xù)送進(jìn)而無(wú)需更換焊條。故可采用大電流焊接(比手工焊大6～8倍),電弧熱量大,焊絲熔化快,熔深也大,焊接速度比手工焊快的多。板厚30毫米以下的自動(dòng)焊可不開(kāi)坡口,而且焊接變形小;焊劑層對(duì)焊縫金屬的保護(hù)好,因此焊縫質(zhì)量好;節(jié)約鋼材和電能。鋼板厚度一般在30毫米以下時(shí),埋弧自動(dòng)焊可不開(kāi)坡口,這就大大節(jié)省了鋼材,而且由于電弧被焊劑保護(hù)著,使電弧的熱得到充分利用,從而節(jié)省了電能;改進(jìn)了勞動(dòng)條件。除減少勞動(dòng)量以外,由于自動(dòng)焊看不到弧光,焊接過(guò)程中發(fā)出的氣體量少,這對(duì)保護(hù)焊工眼睛和身體健康是有益的。埋弧自動(dòng)焊的缺點(diǎn)是適應(yīng)能力差,只能在水平位置焊接長(zhǎng)直焊縫或大直徑的環(huán)焊縫。綜合考慮,由于手工電弧焊設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便適合全位焊接的特點(diǎn),因而空間狹小、板較薄的部分手工電弧焊,而厚板接頭要增加熔深,提高生產(chǎn)率,采用埋弧焊。最終采用焊接方法為:手工電弧焊+埋弧焊。7.2焊接設(shè)備7.2.1手弧焊機(jī)手弧焊用的焊機(jī)是一臺(tái)額定電流500A以下的弧焊電源:交流變壓器或直流發(fā)電機(jī);輔助設(shè)備有焊鉗、焊接電纜、面罩、敲渣錘、鋼絲刷和焊條保溫筒等。1.焊鉗焊鉗用以加持焊條進(jìn)行焊接的工具,應(yīng)安全、輕便、耐用,根據(jù)<焊接方法及設(shè)備>54頁(yè),表3.2表7.1手工電焊機(jī)的型號(hào)型號(hào)型號(hào)型號(hào)額定電流(A)焊接電纜孔徑(mm)適用的焊條直徑(mm)重量(kg)外形尺寸(mm)G352300142-50.5250x80x40G582500184-80.7290x100x452.焊接電纜焊接電流應(yīng)采用多股細(xì)銅線電纜,一般選用YHH型電焊橡皮套電纜或YHHR型電焊橡皮套特軟電纜。根據(jù)焊接方法及設(shè)備54頁(yè),表3-3選擇。焊接電纜長(zhǎng)度一般不超過(guò)20-30mm根據(jù)<焊接方法及設(shè)備>表3.3額定電流與相對(duì)應(yīng)的銅芯電纜最大斷面積的關(guān)系表7.2額定電流與相對(duì)應(yīng)的銅芯電纜最大斷面積的關(guān)系額定電流(A)100125160200250315400500630電纜斷面積(mm2)161625355070951201503.面罩面罩是為了防止焊接的飛濺、弧光及其它輻射對(duì)焊工面部及頸部損傷的一種遮蔽工具,有手持式和頭盔式。根據(jù)焊接方法及設(shè)備54頁(yè),表3.4,選擇護(hù)目鏡片。表7.3焊工護(hù)目遮光鏡片選用表工種遮光鏡片號(hào)焊接電流<30>30-75>75-200>200-400電弧焊5-67-88-1011-12碳弧氣刨10-1112-14焊接輔助工3-47.2.2埋弧焊機(jī)埋弧焊機(jī)分為自動(dòng)焊機(jī)和半自動(dòng)焊機(jī)兩大類1．半自動(dòng)埋弧焊機(jī)半自動(dòng)埋弧焊機(jī)的主要功能(1)將焊絲經(jīng)過(guò)軟管連續(xù)不斷地送入電弧區(qū)(2)傳輸電焊電流(3)控制焊接啟動(dòng)和停止(4)向焊接區(qū)鋪施焊劑因此它主要由送絲機(jī)構(gòu)、控制箱帶軟管的焊接手把及焊接電源組成。軟管式半自動(dòng)埋弧焊兼有前述自動(dòng)埋弧焊的有點(diǎn)及手工電弧焊的機(jī)動(dòng)性。在難以實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)焊的工件上(例如中心線不規(guī)則的焊縫、短焊縫、施焊空間狹小的工件)可用這種焊機(jī)進(jìn)行焊接。2自動(dòng)埋弧焊機(jī)自動(dòng)埋弧焊機(jī)的主要功能是(1)連續(xù)不斷地向焊接區(qū)送焊絲(2)傳輸焊接電流(3)使電弧沿接縫移動(dòng)(4)控制電弧的主要參數(shù)(5)控制焊接的啟動(dòng)與停止(6)向焊接區(qū)鋪施焊劑(7)焊接前調(diào)節(jié)焊絲端位置常見(jiàn)的自動(dòng)埋弧焊機(jī)有等速送絲和變速送絲兩種。它們一般都由機(jī)頭、控制箱、導(dǎo)軌(或支架)以及焊接電源組成。等速送絲自動(dòng)埋弧焊機(jī)采用電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)。變速送絲自動(dòng)埋弧焊機(jī)采用電弧電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。